Tube de NEWTON - physique et instruments scientifiques

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Tube de NEWTON
Fonction
Didactique. Mise en évidence du rôle de l’air dans la chute des corps.
NEWTON Isaac (1642-1727) : illustre mathématicien, physicien, astronome et
philosophe anglais.
Description
Un tube de verre de deux mètres environ, de diamètre intérieur égal à quelques
centimètres, est fermé à une extrémité et comporte à l’autre extrémité un robinet de laiton
assurant une bonne étanchéité .
Expérience
On introduit dans le tube de petits objets de formes et de
densités très différentes : par exemple plumes d’oiseaux, fragments de papier,
balles de plomb, morceaux de liège,… On fait ensuite le vide dans le tube à
l’aide d’une machine pneumatique et on ferme le robinet. En retournant le
tube rapidement sur la verticale on constate que tous les corps, qui ne sont
alors soumis qu’à la seule action de leur poids, s’accompagnent tout au long
de la chute que l’on dit libre. Ce qui a permis à Newton d’écrire : « … en
sorte que l’or même et une plume très légère étant jetés ensemble tombent
avec une vitesse égale… » (NEWTON I., Les Principes, 1726-1729).
C. TERRIEN
Si l’on fait rentrer l’air, les corps les plus denses tombent
beaucoup plus vite que les corps plus légers. De telles chutes ne sont pas
libres puisque l’air soumet ces corps à des forces dont l’effet dynamique tend
à s’opposer à celui de leurs poids : il s’agit de la poussée d’Archimède
opposée au poids de l’air déplacé et de forces résistantes qui dépendent de la
forme du corps et dont l’intensité croit très vite avec la vitesse par rapport à
l’air. S’agissant de deux corps de même poids mais de densités différentes,
poussée d’Archimède et résistance de l’air sont évidemment plus importantes
pour le corps de plus faible densité dont le volume est plus important.
Phénomènes ou lois physiques mis en jeu
Pesanteur et action de l’air : dans le vide, tous les corps ont des mouvements
de chute libre identiques.
C. TERRIEN
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L’expérience a été reprise sur la Lune en 1971, par l’astronaute américain
Dave SCOTT, lors de la mission Apollo 15. L’absence d’atmosphère sur notre satellite, où
toute chute est donc libre, lui a permis de vérifier la loi devant une caméra avec une plume et
un marteau. Par sa conclusion : « Ce qui montre que Mr GALILÉE avait trouvé les bons
résultats » il rendait ainsi hommage à GALILÉE qui, au début du XVIIe siècle, fut le premier à
énoncer les lois de la chute des corps. Plusieurs sites internet présentent la vidéo de cet
évènement. Par exemple celui de la NASA :
http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/lunar/apollo_15_feather_drop.html
P. S. : vous pourrez retrouver ce lien, actif, au bas de cette page, hors pdf.
C. TERRIEN